沼氣生物脫硫工藝及菌種鑒定

邢 君 董曉瑩 劉 碩

（遼寧省能源研究所，遼寧 營口 115003）

一般而言，沼氣中H2S含量在0.1%～2%之間[1]。生物脫硫是替代化學(xué)脫硫的一種新技術(shù)，它能夠在很多方面克服化學(xué)脫硫的不足[2]。生物脫硫作為一種新技術(shù)日益得到廣泛的研究應(yīng)用，尤其化能型生物脫硫技術(shù)是近年研究的重點，實驗室研究和實際工程應(yīng)用都取得了較大進(jìn)展[3]，邵立明等[4]設(shè)計了一套實驗室規(guī)模的生物滴濾池系統(tǒng)，利用海藻酸鈉包理固定化微生物顆粒填充床去除氣相H2S的過程，活性微生物為經(jīng)S2-加富馴化的污水廠污泥，填充滴濾塔運行實驗表明，適宜的pH值和噴淋率分別為1.8-4.0和＞0.17m3/(m3·d)。由于沼氣成分存在波動，供氣量和氧含量較難控制，為了保證運行安全，一般單獨設(shè)置曝氣裝置，雖然提高了脫硫效率，但增加了成本和安全隱患。試驗考察了在缺氧條件下(DO＜0.5mg/L)，通過對改進(jìn)型生物滴濾塔中微生物處理H2S過程的相關(guān)運行條件及影響因素的研究，以期優(yōu)化沼氣中的H2S微生物處理工藝運行參數(shù)，為實際工程中生物脫硫技術(shù)應(yīng)用進(jìn)一步奠定基礎(chǔ)。

1 試驗部分

1.1 試驗裝置

試驗裝置流程見圖1，

圖1 生物滴濾塔實驗裝置

1.2 分析方法

H2S濃度：硫化氫氣體檢測管；S2-濃度：電位滴定法；pH值：pHs-25型pH計；氣體流量：玻璃轉(zhuǎn)子流量計LZB-4；液體流量：玻璃轉(zhuǎn)子流量計 LZB-10；：鉻酸鋇光度法，DO：碘量法。

1.3 菌種的篩選培養(yǎng)與掛膜

將污泥上清液接種于液體培養(yǎng)基進(jìn)行增殖培養(yǎng)，菌斑生成后，挑入新鮮培養(yǎng)液繼續(xù)純化，液固交替分離幾次，最后將純化菌種斜面劃線培養(yǎng)并保存，以備分子鑒定和反應(yīng)器使用。將純化的功能微生物擴大培養(yǎng)后投入到反應(yīng)器濾料中浸泡接種，運行反應(yīng)器直到濾料孔隙上生物膜形成后，啟動試驗。

1.4 菌株的形態(tài)特征觀察及生理生化特性測定

用革蘭染色法對菌落進(jìn)行染色后使用顯微鏡對菌體形態(tài)和特征進(jìn)行觀察。

1.5 溫度、pH和H2S進(jìn)口濃度對菌株脫硫的影響

分別考察當(dāng) H2S 進(jìn)口濃度為 1500～3500 mg·m-3，溫度為 10、20、35、40、50 ℃，pH 為 2、3、4、5、6、7 條件下的生物脫硫效果。

1.6 16S rDNA序列鑒定

16S rRNA 擴增引物：5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′和 5′-GGTTACCTTGTTACG ACTT-3′。

2 結(jié)果與討論

2.1 最適循環(huán)液pH值

圖2 不同pH時，H2S的去除效果

由圖2可知，pH 6.5時，H2S可完全去除，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，滴濾塔循環(huán)液pH逐漸降低，這可能是因為微生物消化H2S產(chǎn)生的硫酸鹽與水生成了H2SO4，以及H2S微溶于水生成的HS-造成溶液環(huán)境pH的下降，H2S的去除率隨著pH的降低而下降，然而當(dāng)pH下降到3時，H2S去除率上升。pH 2時，H2S去除率達(dá)到98%。在pH 4時，H2S去除率處于最低點，原因可能是因為此處屬于嗜中性和嗜酸性細(xì)菌最適pH范圍外，兩類細(xì)菌均不處于最佳活性，所以造成H2S去除率有所降低。

2.2 最適水浴溫度

圖3 不同水浴溫度時，H2S的去除效果

由圖 3中可知滴濾塔中的微生物在 35℃下對 H2S的去除率最高，原因是此溫度下微生物體內(nèi)酶活性最高，單位酶所需的底物量H2S最多，故對H2S去除效果最好。10℃時微生物的酶活性由于溫度較低未完全活化，故對 H2S的吸收攝取率較低，而在 40℃和50℃時已經(jīng)超過了滴濾塔中微生物的最適酶活性，造成一部分酶活性下降或失活，也就降低了對H2S的去除率。

2.3 循環(huán)液噴淋量對H2S去除率的影響

圖4 不同液體循環(huán)噴淋量時，H2S的去除效果

由圖4可知，當(dāng)H2S氣體入口濃度C2=2500 mg/m3，C3=3500 mg/m3時，H2S達(dá)到完全去除時的液體循環(huán)噴淋量分別為40L/h和50L/h。由此可見，隨著氣體入口濃度的增加，所需循環(huán)液的流量也在增加。但液體循環(huán)量也不能過大，因為水流過大會沖擊濾料表面，造成菌體的流失，需要的能耗和費用也隨之加大，并且過多的液體也會減少H2S和微生物的有效接觸，單位體積液體所覆蓋的 H2S含量降低，減少了微生物對H2S的有效利用，也就造成了微生物對H2S去除率的下降 。

2.4 氣體流量對H2S去除率的影響

圖5 不同氣體流量時，H2S的去除效果

使液體循環(huán)噴淋量穩(wěn)定在 40L/h，調(diào)整氣體流量在 35 L/h～85L/h，由圖 5可知，當(dāng) H2S入口濃度為C1=1000 mg/m3，氣體流量在35L/h～55L/h時，微生物對H2S的去除率可以保持在100%，當(dāng)氣體流量調(diào)整為55L/h以上時，H2S去除率有所降低。雖然氣體流量加大有利于氣相進(jìn)入液相的傳質(zhì)過程，但是隨著氣體流量的逐步加大，每立方米體積的微生物所承受的H2S負(fù)荷量也隨之增大，當(dāng)超過微生物所能承受的負(fù)荷時，就導(dǎo)致了去除率的降低。當(dāng)H2S入口濃度C2=2000 mg/m3、C3=3000 mg/m3時，所對應(yīng)的最適氣體流量分別為 45L/h和35L/h。

2.5 菌株 CTD843-T-3的分子發(fā)育樹構(gòu)建

分離篩選到1株革蘭陰性菌，暫命名為CTD843-T-3，采用16S rRNA構(gòu)建分子發(fā)育樹，對其菌屬進(jìn)行分析。通過對構(gòu)建的16S rDNA發(fā)育樹 （圖5）分析，發(fā)現(xiàn)CTD843-T-3與假單胞菌屬（Pseudomonas sp.）同源性為99%，可初步認(rèn)為分離的菌株歸于假單胞菌屬。

圖6 根據(jù)16S rDNA序列構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹

3 結(jié)論

（1）當(dāng)循環(huán)液 pH在 2.0～7.0之間時，H2S都有較高的去除率，考慮到溶液在強酸條件下會對儀器設(shè)備產(chǎn)生腐蝕作用，造成一定損失，溶液最適 pH為 4～6.5。

（2）滴濾塔中環(huán)境溫度為 30℃時，微生物處于最佳活性狀態(tài)，H2S的去除率最高。

（3）當(dāng) H2S 氣體入口濃度 C1=1500 mg/m3、C2=2500 mg/m3、C3=3500 mg/m3時，所對應(yīng)的H2S達(dá)到完全去除時所需液體循環(huán)噴淋量分別為20 L/h、40 L/h、50 L/h，所需氣體流量分別為 35～55L/h、45L/h、55L/h，最高負(fù)荷率為 7.1 g/（m3·h）。

（4）從污水處理活性污泥中分離到1株革蘭陰性細(xì)菌CTD843-T-3，通過16S rDNA序列分子發(fā)育樹構(gòu)建分析得出其屬于假單胞菌屬。

［1］池勇志，李亞新.硫化物的危害與治理進(jìn)展[J].天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報，2001，7(2)：105-108.

［2］王鋼，王欣，劉偉，等.沼氣脫硫技術(shù)研究[J].化學(xué)工程師，2008，148(1)：32-33.

［3］DavidA.Kost，JerryM，Bigham.Chemical and Physical Properties of Dry Flue Gas Desulfurization Products[J].Environ.Qual，2005，34(2)：676-686.

［4］李堅，張書景，金毓，等.污水處理廠消化沼氣脫硫(H2S)實驗[J].環(huán)境工程，2006，24（1）：43-45.